Created by Tomas Kalisz
V bateriích i palivových článcích se při provozu jako zdroj energie ("vybíjení") na katodě přeměňuje oxidovaná forma nějaké látky (například elementární nekov jako je kyslík, síra, chlor, nebo jiné vhodné "okysličovadlo", jako je například peroxid vodíku nebo kyselina dusičná) ve formu redukovanou a tím spotřebovávané (a proto permanentně "nedostatkové") elektrony dělají z katody kladný pól zdroje.
V bateriích i palivových článcích se při provozu jako zdroj energie ("vybíjení") na anodě přeměňuje redukovaná forma nějaké látky (například elementární kov jako je lithium, nebo vhodné "palivo", jako je například elementární vodík nebo jeho sloučeniny s jinými prvky (třeba hydrazin, amoniak) ve formu oxidovanou a tím uvolněné elektrony dělají z anody záporný pól zdroje.
Podle chemické rovnice příslušné elektrochemické reakce odevzdá jedna molekula paliva anodě nějaký celočíselný počet elektronů (například dvojatomová molekula vodíku zpravidla odevzdá oba dva své elektrony), a na katodě zároveň přechází nějaký celočíselný počet elektronů na každou molekulu okysličovadla. Například u dvojatomové molekuly kyslíku jsou to zpravidla čtyři elektrony.
Protože za normálních podmínek s velkou přesností platí, že stejné objemy těžko zkapalnitelných plynů obsahují stejné počty molekul, v palivovém článku vodík-kyslík připadne na jeden litr vodíku spotřebovaného anodou půl litru kyslíku spotřebovaného katodou.
Na 1 coulomb elektronů pak bude za normální teploty a tlaku potřeba asi 0,116 mL vodíku; pokud toto množství zreaguje na anodě během jedné sekundy, odpovídá tato rychlost přenosu náboje elektrickému proudu 1 A.
Elektrochemické zdroje proudu mají nízká pracovním napětí v žádu jednotek voltů. Například pro reakci vodík-kyslík bude rovnovážné pracovní napětí, což je zhruba řečeno při napětí při velmi malém zatížení článku, podle složení elektrolytu někde kolem 1 V. Chceme-li, aby elektrochemické zdroje dosahovaly při tak nízkém napětí solidních výkonů a přitom byly malé a lehké, pak musíme požadovat vysoké proudové zatížení na jednotku plochy elektrody. Například pro výkon palivovéhe článku 100 kW budeme při napětí 1 V potřebovat proud 100 kA, a má-li katoda mít plochu 1 m2, bude muset jedním čtverečním centimetrem procházet proud 10 A.
Tesla je těžká jak kráva, ale pro jízdu využije možná až 70-80% elektřiny odebrané ze sítě k nabíjení.
Vodík z tlakové nádrže a kyslík (ze vzduchu) u Toyoty proti lithiu v pevné elektrodě a přechodnému kovu (kobaltu, železu) v pevné elektrodě u Tesly.
Množství elektrochemicky aktivních látek je omezené rozměrem baterie. Tloušťku vrstvy elektrolytu (i tloušťku elektrod, pokud sestávají z nekovové elektrochemicky aktivní látky nebo ji obsahují), lze zvyšovat jen velmi omezeně. Důvodem je, že s rostoucí tloušťkou mezery mezi elektrodami, vyplněné nekovovým materiálem s iontovou elektrickou vodivostí, která je výrazně nižší než je vodivost kovů, výrazně roste elektrický odpor článku a tím rychle klesá jeho účinnost.
Elektrochemicky aktivní látky se do článku pumpují zvenčí, jejich zásoba je tedy omezena jenom kapacitou externích nádrží.
Toyota Mirai je lehčí než Tesla, ale pokud její účinnost vztáhneme na chemickou energii schovanou ve vodíku, k pohonu při jízdě se využije jen 50-60 % natankovaného paliva.
A pokud by měla jezdit na vodík vyrobený elektrolýzou vody, využije k jízdě znatelně menší procento ze sítě odebrané elektřiny než Tesla - možná jen nějakých 30-40 %.
Protože nějaké ztráty jsou při výrobě vodíku elektrolýzou, a navíc se vodík blbě skladuje - například spotřebuje hodně energie na stlačování do nádrží.
Ledaže by někdo vymyslel tepelný superizolant - že by šlo vodík dlouhodobě ukládat zkapalněný.
Ale zatím nemáme přímý proces pro výrobu hydrazinu z vodíku a dusíku.
A vychází to pro palivové články výhodně, protože celkový objem a hmotnost nádrží a čerpadel potřebných pro nezředěné pracovní látky jsou menší než "mrtvá váha" a "mrtvý objem" pomocných komponent v baterii, která pracuje s látkami zředěnými.